有机酸影响g-C3N4光催化性能初探文献综述

文献综述

有机酸影响g-C3N4光催化材料的机制研究第一章 文献综述1.1光催化材料g-C3N4简介在当今有机光化学领域，光催化材料起着重要的作用。

例如，目前在我国十分受欢迎的光催化材料二氧化钛（Ti02），二氧化钛具有非常强的氧化性，化学稳定性高以及具有无毒无害的优点[1]，但同时对太阳能的利用率低、对光生电子的空穴对的复合率很高以及再利用的效率低下[2][3]。

与此同时，石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种典型的非金属半导体光催化材料，具有特殊的半导体的带边位置，可以很好地满足光催化条件，被应用于光催化反应，对光催化技术的应用有重要的意义，因此近年来也同样受到了广泛的关注[4]。

g-C3N4近似石墨烯的结构且热稳定性和化学性质良好，具有良好的光催化活性，相关研究表明[7]，在煅烧为500℃下达到4h时，g-C3N4的催化活性是最高的。

其中氮化碳是以共价键相连接组成的半导体聚合物，由地球上普遍存在的C、N元素组成，g-C3N4有两种基本的结构单元，分别是三嗪环（C3N3）和七嗪环（C6N7）（又名3-s-三嗪环），如图1所示，两者都是通过无线延伸的方式和片层的相互堆叠而形成三维晶体结构（网状结构），片层之间主要是依靠范德华力[6]相互结合。

研究者们通过相关计算和密度泛函理论（DFT）发现并且证实了七嗪环结构的石墨相氮化碳更加稳定。

g-C3N4与Ti02光催化剂相比，g-C3N4对光谱的吸收能力和范围更广，g-C3N4仅仅在可见光下就可以进行光催化反应，同时g-C3N4对活化分子氧的效率更高，随后可产生自由基，有利于官能团的光催化转化，对有机污染物的光催化降解也有一定的作用，对环境友好，无二次污染，且更加适用于治理室内的空气污染[5]。

图1g-C3N4有两种基本的结构单元[7]g-C3N4具有着古老的历史，且被称为是最古老的人工合成的化合物之一，具体来说，可以被追溯到1834年，是由Berzelius和Liebig首次报道提出；1922年由Franklin得到无定型氮化碳（C3N4）的相关概念，同时还提出了其可能的结构；1937年Pauling和Sturdivant第一次提出C3N4是一种以共面三均三嗪为基本的结构单元的多聚类化合物，并且还利用X射线晶体学相关研究证明了这个假说；1996年由Teter和Henley用第一性原理重新对C3N4进行计算，提出了C3N4一共具有五种结构，分别是alpha;相、beta;相、立方相、准立方相和石墨相，其中前四种是超硬材料，g-C3N4是软质相，物理化学性质稳定，所以目前对氮化碳材料的研究方向主要集中在g-C3N4；最终于2009年被证实C3N4这种非金属半导体可以在光照下进行催化分解成水且产生氢气和氧气[9]。

1.2光催化反应及有机酸影响光催化反应的研究进展目前，光催化是一个崭新的有机化学领域，也是光化学和催化化学之间的相互结合，光催化是在需要有催化剂的存在下才能进行的光化学，其特点是在光照下，激发催化剂或者催化剂的分子，然后和反应分子形成络合物。